(57)【要約】【課題】患者のＣＴ像を基にして、患者の顎形状を考慮してインプラント治療用の歯冠を提供する。【解決手段】入力手段、出力手段、記憶手段、および演算手段を含むコンピュータを用いて、歯牙欠損部に配置する歯冠を設計する方法において、記憶手段が、患者の上下顎関節及び上顎歯列と下顎歯列とを有する３次元合成像を取得する取得ステップと、演算手段が、３次元合成像の歯牙欠損部に、３次元歯冠像を配置する配置ステップと、３次元合成像の上顎歯列と下顎歯列とを咬合運動させて、３次元歯冠像が対合歯と接触する接触領域を検出する検出ステップと、上下顎関節の滑走運動に誘導されて３次元歯冠像が対合歯と接触する接触領域を検出する検出ステップと、対合歯の顎運動軌跡をＦＧＶＰとして記録し表示させるとともに、接触領域を３次元歯冠像から除去する除去ステップとを含む歯冠設計方法である。【選択図】図６
2010017467.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力手段、出力手段、記憶手段、および演算手段を含むコンピュータを用いて、歯牙欠損部に配置する歯冠を設計する方法であって、
該記憶手段が、患者の上顎歯列と下顎歯列とを有する３次元合成像を取得する取得ステップと、
該演算手段が、
該３次元合成像の歯牙欠損部に、３次元歯冠像を配置する配置ステップと、
３次元合成像の上顎歯列と下顎歯列とを咬合運動させて、３次元歯冠像が対合歯と接触する接触領域を検出する検出ステップと、
接触領域を３次元歯冠像から除去する除去ステップと、
を含む歯冠設計方法。
【請求項２】
上記３次元合成像は、患者の口腔領域の３次元口腔領域像の一部が該患者の歯列模型の３次元歯列模型像で置き換えられた像であることを特徴とする請求項１に記載の歯冠設計方法。
【請求項３】
上記取得ステップは、
マーカーを有する患者の口腔領域の３次元口腔領域像を、上記入力手段を介してコンピュータに入力するステップと、
マーカーを有する患者の歯列模型の３次元歯列模型像を、該入力手段を介してコンピュータに入力するステップと、
上記演算手段が、該３次元口腔領域像のマーカーと該３次元歯列模型像のマーカーとを一致させた状態で、３次元口腔領域像の一部を該３次元歯列模型像で置き換えて３次元合成像を作製するステップと、
該３次元合成像を上記記憶手段に記憶するステップと、を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の歯冠設計方法。
【請求項４】
上記配置ステップは、
上記記憶装置に予め記憶された、複数の上下歯列の標準歯冠形状のデータから選択された３次元歯冠像を、上記３次元合成像の歯牙欠損部の所定の位置に配置するステップを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の歯冠設計方法。
【請求項５】
上記配置ステップは、
上記３次元合成像の上下歯列を中心咬合位で噛み合わせた状態で、対合歯と咬合する位置に上記３次元歯冠像を配置するステップを含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の歯冠設計方法。
【請求項６】
上記検出ステップは、
上記対合歯との接触領域の顎運動軌跡をＦＧＶＰとして記録し表示する工程を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の歯冠設計方法。
【請求項７】
上記検出ステップは、
上記３次元合成像の上下顎関節の滑走運動および／または上下歯列の誘導運動により、該３次元合成像の上顎歯列と下顎歯列とを咬合運動させて、上記３次元歯冠像が対合歯と接触する領域を上記接触領域として検出するステップであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の歯冠設計方法。
【請求項８】
上記検出ステップは、
上記３次元歯冠像を有する上記３次元合成像を中心咬合位で噛み合わせた状態から、該３次元合成像の下顎を、顎関節の自由度に応じた並進運動と回転運動とで構成される滑走運動をさせて、該３次元歯冠像が対向する３次元合成像と重なる領域を上記接触領域として検出するステップであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の歯冠設計方法。
【請求項９】
上記検出ステップは、
上記３次元歯冠像を有する上記３次元合成像を中心咬合位で噛み合わせた状態から、該３次元合成像の下顎と上顎との間の、最短距離、衝突面積、めり込み体積、またはそれらの組み合わせを用いてフィードバック制御し、上下顎関節の滑走運動および／または上下歯列の誘導運動を行わせて、該３次元歯冠像が対向する３次元合成像と重なる領域を上記接触領域として検出するステップであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の歯冠設計方法。
【請求項１０】
上記検出ステップは、
上記３次元歯冠像を有する上記３次元合成像を中心咬合位で噛み合わせた状態から、顎関節の自由度空間をヒューリスティックで探索し、上下歯列の最適な噛み合わせを求めて該上下歯列を誘導運動させて、該３次元歯冠像が対向する３次元合成像と重なる領域を上記接触領域として検出するステップであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の歯冠設計方法。
【請求項１１】
上記検出ステップは、
上記３次元歯冠像を有する上記３次元合成像を中心咬合位で噛み合わせた状態から、該３次元合成像の上下歯列の間の、最短距離、衝突面積、めり込み体積、またはそれらの組み合わせを用いて、顎関節の自由度空間をヒューリスティックで探索し、上下歯列の最適な噛み合わせを求めて該上下歯列を誘導運動させて、該３次元歯冠像が対向する３次元合成像と重なる領域を上記接触領域として検出するステップであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の歯冠設計方法。
【請求項１２】
上記除去ステップは、
上記３次元歯冠像を有する上記３次元合成像を中心咬合位で噛み合わせた状態から、該３次元合成像の下顎を、顎関節の自由度に応じた並進運動および／または回転運動をさせる場合や、顎関節の自由度空間をヒューリスティックで探索する場合に、該３次元歯冠像と対向する３次元合成像との間の、最短距離、衝突面積、および／またはめり込み体積、またはそれらの組み合わせを用いて、該３次元歯冠像を線形または非線形に変形させるステップであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の歯冠設計方法。
【請求項１３】
上記除去ステップは、
上記接触領域を含む上記３次元歯冠像の一部を線形又は非線形に縮小または拡大し、該接触領域を除去するステップであることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の歯冠設計方法。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の歯冠設計方法により得られた３次元歯冠像を、上記出力手段を介してＣＡＭ装置に出力する工程と、該ＣＡＭ装置で該３次元歯冠像から歯冠を作製する工程と、を含む歯冠作製方法。
【請求項１５】
歯牙欠損部に配置する歯冠を設計するためにコンピュータを、
患者の口腔領域の３次元口腔領域像の一部が該患者の歯列模型の３次元歯列模型像で置き換えられた、上顎歯列と下顎歯列とを有する３次元合成像を取得する手段、
該３次元合成像の歯牙欠損部に、３次元歯冠像を配置する手段、
該３次元合成像の上顎歯列と下顎歯列とを、上下顎関節間の滑走運動で誘導させて咬合運動させ、修復歯の対合歯の顎運動軌跡をＦＧＶＰとして記録し表示させるとともに、該３次元歯冠像が対合歯と接触する接触領域を検出する手段、
該接触領域を該３次元歯冠像から除去する手段、として機能させるための歯冠設計用プログラム。
【請求項１６】
３次元合成像を用いた歯冠作製用コンピュータシステムであって、
患者の口腔領域の３次元口腔領域像の一部が該患者の歯列模型の３次元歯列模型像で置き換えられた、上顎歯列と下顎歯列とを有する３次元合成像を記憶する記憶部と、
該３次元合成像の歯牙欠損部に、３次元歯冠像を配置する歯冠像配置部と、
該３次元合成像の上顎歯列と下顎歯列とを咬合運動させて、該３次元歯冠像が対合歯と接触する接触領域を検出する接触領域検出部と、
該接触領域を該３次元歯冠像から除去する歯冠形状部と、を含むことを特徴とする歯冠作製用コンピュータシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯冠設計方法および歯冠作製方法に関し、特に、患者のＣＴ像を用いたインプラント治療用の歯冠設計方法および歯冠作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の歯冠修復法では、患者の歯列石膏模型を、図２６に示すような平均値咬合器（または単に咬合器）と呼ばれる患者の平均的な顎関節の大きさと動作を想定した器具に装着し、平均的な顎運動を想定して歯冠の形状が決定されている。
【０００３】
具体的には、口腔内印象に石膏を注入して作製した石膏上下歯牙模型を、咬合器に装着する。歯牙模型の歯牙欠損部には、歯科技工士が仮想的に歯冠をワックスで作製する。そして咬合器を蝶番回転運動および前方および側方運動させ、上下の歯牙石膏模型を噛み合わせて、ワックスの歯冠形状を修正する。こうして得られたワックスの歯冠原型を用い、ロストワックス鋳造法により修復歯冠を作製する。最後に、患者の口腔内に修復歯冠を固定した後、患者に実際の咬合をさせながら歯冠を削る咬合調整を行い、金属歯冠が完成する。
【非特許文献１】２００２年月刊歯科技工別冊「目で見る咬合の基礎知識」、医歯薬出版株式会社（２００２年８月２５日発行）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の歯冠修復法で一般に用いられる咬合器は、患者の顎の形態や動作を平均化したものであり、患者固有の顎運動を正確に再現することは困難である。このため、作製された修復歯冠は装着後の咬合調整が不可欠となり、このことが歯科修復物による治療において解決すべき大きな課題となっている。
【０００５】
即ち、実際の咬合状態を見ながら歯冠を削って行う咬合調整は、非常に長時間にわたる場合もあり、患者に身体的な負担を強いるという問題がある。また、咬合調整を行っても噛み合わせに不具合が生じたり、これに起因して顎関節症を引き起こすという問題もある。これらの問題は、咬合器が実際の患者の顎の大きさや運動を反映できていないことに起因している。
特に、インプラント治療で形成された歯牙では、天然歯根のように衝撃を緩和する歯根膜が存在しないため、インプラント上に装着する歯冠は、歯冠の咬合面に過剰な力、特に横方向の力がかからないように、患者固有の咬合状態を考慮することが必要である。
【０００６】
そこで、本発明は、最近のインプラント治療では患者の顎骨の３次元像が必ず撮影される点に着目し、患者の顎骨の３次元形状データをコンピュータによって運動させて、インプラント修復歯の対合歯のＦＧＶＰ（Functionally Generated Virtual Path）を求め、これによってインプラント歯冠修復物の形状設計を行なうことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、入力手段、出力手段、記憶手段、および演算手段を含むコンピュータを用いて、歯牙欠損部に配置する歯冠を設計する方法であって、記憶手段が、患者の上顎歯列と下顎歯列とを有する３次元合成像を取得する取得ステップと、演算手段が、３次元合成像の歯牙欠損部に、３次元歯冠像を配置する配置ステップと、３次元合成像の上顎歯列と下顎歯列とを咬合運動させて、上下顎関節の滑走運動に誘導されて３次元歯冠像が対合歯と接触する接触領域を検出する検出ステップと、接触領域を３次元歯冠像から除去する除去ステップとを含む歯冠設計方法である。
【０００８】
また、本発明は、歯冠設計方法により得られた３次元歯冠像を、出力手段を介してＣＡＭ装置に出力する工程と、ＣＡＭ装置で３次元歯冠像から歯冠を作製する工程とを含む歯冠作製方法でもある。
【０００９】
また、本発明は、歯牙欠損部に配置する歯冠を設計するためにコンピュータを、患者の口腔領域の３次元口腔領域像の一部が患者の歯列模型の３次元歯列模型像で置き換えられた、上顎歯列と下顎歯列とを有する３次元合成像を取得する手段、３次元合成像の歯牙欠損部に、３次元歯冠像を配置する手段、３次元合成像の上顎歯列と下顎歯列とを、上下顎関節間の滑走運動で誘導させて咬合運動させ、修復歯の対合歯の顎運動軌跡をＦＧＶＰとして記録し表示させるとともに、３次元歯冠像が対合歯と接触する接触領域を検出する手段、接触領域を３次元歯冠像から除去する手段、として機能させるための歯冠設計用プログラムでもある。
【００１０】
また、本発明は、３次元合成像を用いた歯冠作製用コンピュータシステムであって、患者の口腔領域の３次元口腔領域像の一部が患者の歯列模型の３次元歯列模型像で置き換えられた、上顎歯列と下顎歯列とを有する３次元合成像を記憶する記憶部と、３次元合成像の歯牙欠損部に、３次元歯冠像を配置する歯冠像配置部と、３次元合成像の上顎歯列と下顎歯列とを咬合運動させて、３次元歯冠像が対合歯と接触する接触領域を検出する接触領域検出部と、接触領域を３次元歯冠像から除去する歯冠形状部とを含むことを特徴とする歯冠作製用コンピュータシステムでもある。
【発明の効果】
【００１１】
本発明にかかる歯冠設計方法、歯冠製造方法を用いることにより、患者の顎形状等に応じたインプラント治療用の歯冠の作製が可能となる。これにより、インプラント上に装着した歯冠の咬合調整が殆ど不要となり、インプラント治療に要する時間が短縮でき、患者の苦痛と経済的負担を大幅に軽減できる。
【００１２】
また、歯科診療所におけるインプラント手術は、従来、準備時間も含め１日（８時間）で１件しかできなかったが、本発明を採用することにより、２件から３件できるようになり、歯科診療所の稼働効率、経営効率の改善にもつながる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施の形態に歯冠作製方法を用いたインプラント治療方法について説明する。かかる治療方法は、以下の工程１〜１１を含む。
【００１４】
工程１〜４では、患者の顎骨の３Ｄ−ＣＴ像（３次元口腔領域像）の一部を３Ｄ−模型像（３次元歯列模型像）で置き換えて、３次元合成像を得る。
【００１５】
工程１：患者の口腔の印象を樹脂で写し取った型を形成する。次に、型に石膏を注入して、図１Ａ、１Ｂに示すような患者の歯列の石膏模型を作製する。図１Ａは上顎の歯列、図１Ｂは下顎の歯列である。かかる石膏模型の作製方法には、従来から歯科治療に用いられていた方法を使用できる。
【００１６】
工程２：図２に示すように、患者の顎骨のＸ線ＣＴ（Computed Tomography）撮影に用いるＣＴ撮影用テンプレート１０を準備する。テンプレート１０は、歯列バイト部１とマーカー部２とからなる。
歯列バイト部１は、それぞれの患者の歯列に対応した形状となっている。また、歯列バイト部１は、顎骨や歯列模型の撮影に用いられるＣＴ値（４００〜９００）では撮影されない材料から形成される。このような材料としては、例えば、ポリメチルメタクリレート（PMMA）のような高分子材料（即時重合レジン）、シリコーン、ウレタン、チオコールのようなゴム系材料がある。
一方、マーカー部２は、石膏や硫酸バリウム等のＸ線造影剤で形成された板状体からなる。マーカー部２の表面には、例えば、直径が４〜５ｍｍの円状の凸部（又は凹部）が部分的に設けられている。後述する位置合わせの工程で、かかる凸部が重なるように位置合わせすることにより、位置合わせの精度が向上する。
【００１７】
図３は、患者の歯列の石膏模型２０にテンプレート１０を噛ました状態であり、かかる状態で外形データを取得し、３Ｄ−模型像（３次元歯列模型像）を得る。歯列模型の形状は、接触式３次元デジタイザ（例えば、ドイツＧＯＭ社製、商品面：ＡＴＯＳ）やレーザ光測定装置、接触式の測定装置等を用いて取得することができる。また、歯列模型の形状は、ＣＴ撮影像から形成しても構わない。
【００１８】
工程３：図４Ａに示すように、ＣＴ撮影用テンプレート１０を患者３０に装着する。上述のように、歯列バイト部はそれぞれの患者の歯列に対応した形状となっているため、歯列バイト部を患者が噛むことによりテンプレートが装着される。図４Ｂは、かかる状態で撮影された、患者の顎骨の３Ｄ−ＣＴ像（３次元口腔領域像）である。
【００１９】
工程４：図５Ａ（側面図）に示すように、テンプレートのマーカー部２を基準として、患者の顎骨の３Ｄ−ＣＴ像に石膏模型の３Ｄ−模型像を重ねて、患者の歯列を石膏模型に置き換えた３Ｄ−ＣＴ像（３次元合成像）を得る。具体的には、患者の顎骨の３Ｄ−ＣＴ像（図４Ｂ）のマーカー部２と、石膏模型の３Ｄ−模型像（図３）のマーカー部２が重なる状態で、３Ｄ−ＣＴ像の一部を３Ｄ−模型像（３次元歯列模型像）で置き換える。マーカー部２の凸部（又は凹部）が重なるようにすることで、重ね合わせの精度が向上する。
【００２０】
図５Ｂは、歯列部の形状を石膏模型から接触式３次元デジタイザで高精度計測して得られた３Ｄ−模型像であり、図５Ｃは、患者の歯列を、図５Ｂの石膏模型の３Ｄ−模型像で置き換えた３Ｄ−ＣＴ像（３次元合成像）である。図５Ａ〜図５Ｃからわかるように、歯列模型の３Ｄ−模型像は、患者の歯列の３Ｄ−ＣＴ像に比較して画像が明瞭であるため、このような置き換えにより、歯列部分への歯冠の形成が高精度で行うことができる。
【００２１】
なお、患者の口腔内の金属修復物に起因するアーチファクト（映像障害）４０が発生している場合は、画像処理（トリミング処理）により、３Ｄ−ＣＴ像から除去する。
【００２２】
次に、工程５〜７では、上述の工程１〜４により得られた３Ｄ−ＣＴ像（３次元合成像）を基に、患者に適合する歯冠をコンピュータ上で設計する。図６は、歯冠設計工程のフローチャートである。
【００２３】
工程５：３Ｄ−ＣＴ像（３次元合成像）を取得した後（Ｓ１）、図７Ａに示すように、かかる３Ｄ−ＣＴ像を用いて、インプラント治療が必要な歯牙の欠損した部分（欠損歯牙）に対してコンピュータ上で歯冠の配列のシミュレーションを行う（Ｓ２）。
具体的には、予めコンピュータのメモリに格納してある標準歯冠の３Ｄ像のデータベースを用いて、患者の歯牙の欠損部に、データベースから選択した標準歯冠を配列する。標準歯冠の配列は、３Ｄ−ＣＴ像の上下歯牙を中心咬合位で噛み合わせた状態で、歯牙欠損部の、対合歯と噛み合う位置（咬頭が窩と接触する位置）に標準歯冠を配置して行う。歯牙欠損部の前後に残存歯牙がある場合は、これらとも接するように配置される。標準歯冠の配列工程において、標準歯冠の画像を例えば縦方向や横方向に、線形又は非線形に拡大／縮小しても良い。このように、標準歯冠を患者の３Ｄ−ＣＴ像に配列させたものが、３次元歯冠像となる。
【００２４】
図７Ｂ〜図７Ｄに、標準歯冠を患者の３Ｄ−ＣＴ像に配列させた図であり、図７Ｂには標準歯冠を支持するアバットメント、図７Ｃにはアバットメント上に配置された標準歯冠、図７Ｄには、アバットメント上に標準歯冠を配置した状態の断面をそれぞれ示す。
【００２５】
図８Ａ〜図８Ｃは標準歯冠の一例であり、上下歯列の全ての歯冠形状データが揃っている。歯冠形状は、患者の年齢や性別等により異なるため、年齢、性別、人種等毎に複数の標準歯冠形状がデータベース化されていることが好ましい。
【００２６】
なお、残存歯牙が少ない場合は、上下顎骨の解剖学的な歯牙配列を考慮して、標準歯冠を配置する。例えば、下顎第１小臼歯から最後の臼歯の頬側咬頭頂の位置が「スピーの湾曲」と呼ばれる湾曲に沿うような配列にしても良い。また、左右の同名臼歯については、「ウィルソン湾曲」を考慮しても良い。
【００２７】
例えば、図７Ａの３Ｄ−ＣＴ像では、患者の右側の最奥歯１つと、左側の最奥歯から４つが、画像合成された標準歯冠である。標準歯冠の位置等は、残存した歯牙や、上顎の歯牙の位置から決定される。
【００２８】
工程６：コンピュータ上で、患者の実際の咬合運動（咀嚼運動）を考慮し、早期接触や咬頭干渉が発生しないように、歯牙形状を修正し、ＬＧＴＰ（Light Guide Tapping Position）とＣＬＰ（Clenching Position）が一致するようにする（Ｓ３）。
【００２９】
具体的には、ディスプレイ上で画像を見ながら、３次元合成像の上下歯列を中心咬合位で噛み合わせた状態から、３次元合成像の下顎を前方後方運動および／または側方（左右）運動させる。ここで、前方後方運動とは、上下顎歯が咬合接触を保ったまま、下顎歯が、咬頭嵌合位から前方（または後方）に移動することをいう。また、側方運動とは、下顎骨を側方（右方または左方）に動かす運動を言うが、この時顆頭は関節窩の中でサイドシフトと回転運動をする。前方後方運動、側方運動の範囲は、通常の咬合運動の運動範囲内に限定する。
そして、３次元歯冠像が、対向する３次元合成像（対向歯）と重なる領域を、即ち、上下顎関節の滑走運動に誘導されて３次元歯冠像が対合歯と接触する領域を、接触領域として検出する。接触領域には、着色等のマーキングを行うことが好ましい。これらの接触領域をＦＧＶＰ（Functionally Generated Virtual Path）として記録することもできる。
【００３０】
ここで、咬合器を用いないで修復歯冠の咬合面形態を決定する方法として、従来から、ＦＧＰ（Functionally Generated Path）法が用いられる。ＦＧＰ法では、補綴歯の対合歯の機能的な滑走運動時における咬合面の動きを、患者の口腔内に配置したワックスまたは即時重合レジンに記録する（図９）。そして、このワックスまたはレジンを模型にして、機能的に調和した補綴物の咬合面を作る。この方法の特徴は、患者本人の顎骨の運動により形成される運動パスを用いて咬合面を形成するため、それぞれの患者に適合した咬合面を高精度で作製できることである。本実施の形態で用いるＦＧＶＰ法は、ＦＧＰ法を患者の上下歯列の３次元合成像を用いて、コンピュータ（バーチャル空間）上で行うものである。
【００３１】
図１０Ａ〜図１０Ｃに、ＦＧＶＰ法の一例を示す。図１０Ａ（側面図）、図１０Ｂ（正面図）は、患者の３次元合成像であり、下顎の枠で囲んだ領域（ＦＧＶＰブロック）に、標準歯冠が配置され、咬合運動した場合の接触経路（ＦＧＶＰ）が求められる。図１０Ｃは、下顎を咬合運動させた場合に、標準歯冠に形成されたＦＧＶＰであり、図１０Ｃにおいて、下方が前方（図１０Ａの左側）、上方が後方（図１０Ａの右側）である。左の図は下顎を前方運動させた場合、中央の図は下顎を左側方運動させた場合、そして右の図は下顎を右側方運動させた場合の、標準歯冠に形成されたＦＧＶＰである。
なお、咬合運動としては、前方運動や側方運動の他に、開閉口運動等を行っても構わない。また、下顎を動かすかわりに、上顎を動かしても構わない。
【００３２】
ここで、接触経路（ＦＧＶＰ）の検出ステップとしては、以下のような様々なステップを用いることができる。
１の検出ステップでは、コンピュータ上で、３次元合成像の上下顎関節を滑走運動させ、および／または上下歯列を誘導運動させ、３次元合成像の上顎歯列と下顎歯列とを咬合運動させて、３次元歯冠像が対合歯と接触する領域を接触領域として検出する。
ここで、上下顎関節の滑走運動とは、上顎の下顎窩中で下顎の下顎頭で滑走しながら、上下顎が相対的に移動する運動である。また、上下歯列の誘導運動は、上歯列と下歯列が接触しながら相対的に移動する運動であり、３軸方向の並進運動と、３軸回りの回転運動を含む。
【００３３】
また、他の検出ステップでは、コンピュータ上で、３次元歯冠像を有する３次元合成像を中心咬合位で噛み合わせた状態から、３次元合成像の下顎を、顎関節の自由度に応じた並進運動と回転運動とで構成される滑走運動をさせ、３次元歯冠像が対向する３次元合成像と重なる領域を接触領域として検出する。顎関節の自由度は、実際の顎関節の移動から得られた顎関節の移動可能範囲についてのデータにより規定される。
【００３４】
また、他の検出ステップでは、コンピュータ上で、３次元歯冠像を有する３次元合成像を中心咬合位で噛み合わせた状態から、３次元合成像の下顎と上顎（上下歯列）との間の、最短距離、衝突面積、めり込み体積、またはそれらの組み合わせを用いてフィードバック制御して、上下顎関節の滑走運動や上下歯列の誘導運動を行わせ、３次元歯冠像が対向する３次元合成像と重なる領域を接触領域として検出する。
ここで、最短距離は、上下歯列が接触しない場合の、両者間の最短距離をいう。また、衝突面積は、上下歯列が接触する場合の、接触点数やそれらの位置等をいう。また、めり込み体積は、コンピュータ上では上下歯列が重なる（めり込む）場合もあるため、その重なった（めり込んだ）部分の体積をいう。
【００３５】
また、他の検出ステップでは、３次元歯冠像を有する３次元合成像を中心咬合位で噛み合わせた状態から、顎関節の自由度空間をヒューリスティックで探索して、上下歯列の最適な噛み合わせを求めて上下歯列を誘導運動させて、３次元歯冠像が対向する３次元合成像と重なる領域を接触領域として検出する。
顎関節の自由度空間は、上述のように実際の顎関節の移動から得られた顎関節の移動可能範囲についてのデータにより規定される。かかるデータは、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の位置データ、Ｘ軸回り、Ｙ軸回り、Ｚ軸回りの角度データの組み合わせで規定される。
このように、例えば経験則に基づいてヒューリスティックな探索を行うことにより、上下歯列の最適な噛み合わせをより速く求めることができる。
【００３６】
また、他の検出ステップでは、コンピュータ上で、３次元歯冠像を有する３次元合成像を中心咬合位で噛み合わせた状態から、３次元合成像の上下歯列の間の、最短距離、衝突面積、めり込み体積、またはそれらの組み合わせを用いて、顎関節の自由度空間をヒューリスティックで探索し、上下歯列の最適な噛み合わせを求めて上下歯列を誘導運動させて、３次元歯冠像が対向する３次元合成像と重なる領域を接触領域として検出する。
このように、ヒューリスティックな検索を行う場合、上下歯列の間の、最短距離、衝突面積、めり込み体積、またはそれらのデータの組み合わせを用いることが好ましい。
【００３７】
また、他の検出ステップでは、コンピュータ上で、３次元歯冠像を有する３次元合成像を中心咬合位で噛み合わせた状態から、３次元合成像の下顎を、顎関節の自由度に応じた並進運動および／または回転運動をさせる場合や、顎関節の自由度空間をヒューリスティックで探索する場合において、３次元歯冠像と対向する３次元合成像との間の、最短距離、衝突面積、接触面積、およびめり込み体積、またはそれらの組み合わせを用いて、該３次元歯冠像を線形（例えば、アフィン変換による）または非線形に変形させることができる。
【００３８】
以上のように、工程６の接触領域の検出ステップでは、コンピュータを用いて上下歯列の最適な噛み合わせを求め、その時の上下歯列は接触する部分を接触領域として検出することが好ましい。特に、ヒューリスティックな探索を行うことで、最適な噛み合わせをより速く検出することができる。
【００３９】
これらの検出ステップでは、３次元合成像のデータや顎関節の自由度空間のデータ等、患者固有のデータを元に、コンピュータを用いて上下歯列の最適な噛み合わせを求めるため、それぞれの患者に応じた最適な噛み合わせを、正確かつ迅速に求めることができる。これにより、従来のＦＧＰ法に比較して、より患者に適合したインプラントの設計が可能となる。
【００４０】
工程７：検出された接触領域を３次元歯冠像から削除して３次元歯冠像の形状を、患者の咬合運動に合うように修正する（Ｓ４）。また、工程６で作成したＦＧＰＶで示される接触領域を３次元歯冠像から削除したり、不足して隙間が生じた部分を拡大して接触させることができる。例えば、接触領域を含む３次元歯冠像の一部を線形又は非線形に縮小し、接触領域を除去する。より具体的には、３次元歯冠像の上半分を図５Ｂの上下方向に縮小して、３次元歯冠像の咬頭部が、対向する歯列に接触しないようにする。これにより、それぞれの患者に合った、オーダーメードの歯冠形状が設計できる。
【００４１】
図１１Ａは、下顎に標準歯冠を配置した状態であり、図１１Ｂは、工程６の結果、標準歯冠上に形成されたＦＧＰＶを示す。図１１Ｃに示すように、図１１Ｂに示すＦＧＰＶが生じないように、標準歯冠（左図）の形状を修正して、右図の調整後の歯冠形状が得られる。
【００４２】
工程６、７では、ディスプレイ上の３Ｄ−ＣＴ像を咬合運動させながら、ハプティックデバイスを用いて、標準歯冠が対向歯と接触する領域を削ったり、標準歯冠と対合歯との間隔が大きい部分について、標準歯冠を拡張したりしても良い。
【００４３】
なお、接触領域を除去した後において、咬合運動させた場合の３次元歯冠像と、対向する３次元合成像との間の最短距離は、０（両者が接する）から５０μｍ程度が好ましく、歯科医師が骨やインプラントの状態、噛み合わせの状況を把握した上で指示し、好ましい噛み合わせをシミュレーションする。両者の間に小さな隙間を設けることにより、患者が咬合運動する際にインプラントに横方向の力が加わらず、インプラントの破損等を防止できるからである。
【００４４】
また、実際に用いる３Ｄ−ＣＴ像は、画像データが大きくなり過ぎないように、例えば図１２に示すような、歯列近傍領域の３Ｄ−ＣＴ像が用いられる。即ち、上下歯列、下顎窩を含む上顎の一部、下顎窩中で動く顆頭を含む下顎の３Ｄ−ＣＴがあれば、咬合運動をさせることが可能となる。
【００４５】
前にも述べたように、平均値咬合器を用いた咬合運動から対合歯の運動経路を求め、修復歯冠の咬合面の形状を決定する方法は従来から行われているが、この従来の方法では患者本来の咬合運動を正確に再現できず、歯冠装着後の口腔内での咬合調整が不可欠となる。これに対して、本実施の形態では、患者の３Ｄ−ＣＴ像を顎運動ソフトウエア用いて患者固有の咬合運動をコンピュータ上で再現するため、より正確に、修復歯冠の咬合面の形状を決定することができる。かかる方法は、ＦＧＶＰ（Virtual FGP）法と呼ばれる。顎運動をＶＲ触力覚デバイス（ハプティックデバイス）を対合歯との接触力を感じながら行わせＦＧＶＰを求めても良い。
【００４６】
以上の設計工程で得られた歯冠形状に対して、インプラントやアバットメントと固定するための孔が設けられる。具体的には、以下の工程でインプラントやアバットメントの固定位置を決めた後、それに固定できるように、歯冠データからアバットメント等が挿入される部分のデータを引き算する。最終的な歯冠形状データは例えば出力部を介してＣＡＭ装置に送られ、ＣＡＭ装置で、歯冠形状データに従った歯冠が形成される。歯冠は、例えばセラミックスやレジンからなり、切削法やラピッドプロトタイピング法を用いて作製される。
【００４７】
次に、工程８、９では、インプラントの位置決めに用いられるサージカルガイドの設計を行う。インプラントは、上述の工程で設計した歯冠を患者に固定するために用いられる。なお、サージカルガイドの設計工程（工程８、９）は、歯冠設計工程（工程５〜７）とは別に、これらに先立って行っても良い。
【００４８】
工程８：図１３〜図１５に示すように、コンピュータ上で、インプラント手術支援用のサージカルガイドを設計する。
具体的には、まず、ディスプレイ等に映された患者の３Ｄ−ＣＴ像の、下顎の形状や神経や動脈、静脈が通る下顎管の位置を見ながら、下顎管を避けるようにインプラントを固定する位置を決定する。図１３は、下顎管を避けるように下顎（半透明に表示）に固定されたインプラントと、インプラント上にアバットメントを用いて固定された歯冠の配置のシミュレーション像である。
【００４９】
次に、図１４に示すような、インプラントを下顎に固定するために下顎に孔を形成するのに用いる、サージカルガイドを設計する。図１５は、図１３の画像に、サージカルガイドを重ねて表示したものである。サージカルガイドの設計には、例えば、Free Formソフトウエア（商品名）とハプティックスデバイス（例えば、米国 SensAble Technologies社製、商品名：ＰＨＡＮＴｏＭ）（図１６）を用いる。
【００５０】
工程９：コンピュータ上で設計したサージカルガイドの形状データ（例えば図１７に表示）を、出力部を介してＣＡＭ装置（図１８）に出力し、ＣＡＭ装置で実際にサージカルガイドを形成する。
【００５１】
図１９は、チタン製ドリルガイド（ＣＴプランニングチューブ）付きのサージカルガイドの全体写真である。また、図２０は、サージカルガイドを実際に下顎の上（右奥歯の位置）に装着した状態の写真である。サージカルガイドは例えばアクリルからなり、インプラントが形成される方向に沿って孔が設けられている。孔の壁面には、チタン等のドリルガイドが設けられることが好ましい。
【００５２】
最後に、工程１０〜１１では、患者の歯列欠損部に、インプラント等を用いて歯冠を固定する。
【００５３】
工程１０：図２１に示すように、患者の下顎にサージカルガイドを被せ、サージカルガイドの孔にドリルを挿入して下顎に孔を形成する。続いて、サージカルガイドを取り外した後に、形成した下顎の孔にインプラントを挿入して固定する。図２２は、下顎にインプラントおよびアバットメントを固定した状態の口腔内の写真である。これにより、コンピュータ上のシミュレーションで決定した位置にインプラントを正確に固定することが可能となる。
【００５４】
工程１１：図２３は、下顎に固定されたインプラント上に、アバットメントを介して歯冠が固定された状態の概略図である。アバットメントは、規格品を用いることが好ましいが、場合によっては、オリジナル品の設計を行っても良い。オリジナル品を用いることにより、インプラントの固定方向（長手方向）から傾斜した角度で歯冠を固定することが可能となる。オリジナル形状のアバットメントを作製する場合も、ＣＡＭ装置にアバットメントの形状データを転送し、作製することができる。また、アバットメントを用いずにインプラント上に直接歯冠を固定することも可能である。
【００５５】
図２４は、３Ｄ−ＣＴ像を用いて作製した歯冠を、インプラント等を用いて患者の口腔内に固定した状態である。かかる歯冠は、患者の咬合運動を考慮して設計されているため、インプラント治療で患者の口腔内に固定するだけで、咬合調整は殆ど不要である。このためインプラント治療における患者の負担が非常に軽減できる。
【００５６】
例えば、従来のインプラント治療では、インプラントを固定し、その上に歯冠を固定し、更に、患者の噛み合わせに応じて咬合調整（歯冠の部分的な削除等）を行う必要があり、手術時間は５〜６時間に及ぶことも普通にあり、特に高齢の患者にとっては身体的な負担が過大であった。
これに対して、本実施の形態にかかる方法では、歯冠を固定した後の咬合調整が殆ど不要であるため、手術時間を１〜２時間程度に短縮でき、患者の負担を大幅に軽減することが可能となる。
【００５７】
図２５は、以上の歯冠設計方法、歯冠製造方法に用いたコンピュータシステム１００のブロック図である。コンピュータシステム１００は、３Ｄ−ＣＴ像等を入力する入力部１０１、歯冠設計データをＣＡＭ装置に出力する出力部１０２、標準歯列の形状データ等を記憶する記憶部１０３、咬合運動等の３Ｄ−ＣＴ像の状態を表示する表示部１０４を有する。
更に、コンピュータシステム１００は、演算部１０５を有し、演算部１０５は、標準歯冠の配置を行うための歯冠像配置部１１１、咬合運動で歯列の接触部を検出する接触領域検出部１１２、および歯冠像の接触領域を除去する歯冠像修正部１１３を含む。
【００５８】
ここでは、患者のＣＴ像を基に３Ｄ−ＣＴ像を作製する場合について説明したが、核磁気共鳴（ＭＲＩ）画像を用いても同様に行うことができる。
また、本発明の実施の形態では、主に下顎部について説明したが、上顎部についても同様にして歯冠を設計することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１Ａ】上顎の歯列模型である。
【図１Ｂ】下顎の歯列模型である。
【図２】ＣＴ撮影用テンプレートである。
【図３】歯列模型のＣＴ撮影の状態である。
【図４Ａ】患者のＣＴ撮影の状態である。
【図４Ｂ】患者の３Ｄ−ＣＴ像である。
【図５Ａ】３次元合成像（側面）である。
【図５Ｂ】石膏模型の３Ｄ−模型像である。
【図５Ｃ】３次元合成像（前面）である。
【図６】本発明にかかる歯冠設計工程のフローチャートである。
【図７Ａ】３次元合成像の下顎部の拡大写真である。
【図７Ｂ】標準歯冠を支持するアバットメントである。
【図７Ｃ】アバットメント上に配置された標準歯冠である。
【図７Ｄ】アバットメント上に標準歯冠を配置した状態の断面である。
【図８Ａ】標準歯冠の一例である。
【図８Ｂ】標準歯冠の一例である。
【図８Ｃ】標準歯冠の一例である。
【図９】従来のＦＧＰ法を用いた咬合面の動きの記録の一例である。
【図１０Ａ】ＦＧＶＰ法の一例である（側面）。
【図１０Ｂ】ＦＧＶＰ法の一例である（正面）。
【図１０Ｃ】標準歯冠の咬合面に形成されたＦＧＶＰである。
【図１１Ａ】下顎に標準歯冠を配置した状態である。
【図１１Ｂ】標準歯冠に記録されたＦＧＶＰの一例である。
【図１１Ｃ】修正前と修正後の標準歯冠である。
【図１２】ＦＧＶＰ法に用いる３Ｄ−ＣＴ像の範囲の一例である。
【図１３】下顎に固定されたインプラントおよびアバットメントのシミュレーション像である。
【図１４】下顎に配置されたサージカルガイドのシミュレーション像である。
【図１５】下顎部にサージカルガイドを配置した状態である。
【図１６】ハプティックスデバイスの概略図である。
【図１７】コンピュータ上で設計したサージカルガイドの形状データである。
【図１８】ＣＡＭ装置の外観である。
【図１９】チタン製ドリルガイド付きのサージカルガイドの全体写真である。
【図２０】サージカルガイドを下顎の上（右奥歯の位置）に装着した状態である。
【図２１】患者の下顎にサージカルガイドを被せた状態である。
【図２２】患者の下顎にインプラントおよびアバットメントを固定した状態である。
【図２３】下顎に固定されたインプラント上に、アバットメントを介して歯冠が固定された状態の概略図である。
【図２４】作製した歯冠を患者の口腔内に固定した状態である。
【図２５】本発明にかかる歯冠設計方法および歯冠製造方法に用いたコンピュータシステムのブロック図である。
【図２６】平均値咬合器の全体図である。
【符号の説明】
【００６０】
１００  コンピュータシステム、１０１  入力部、１０２  出力部、１０３  記憶部、１０４  表示部、１０５  演算部、１１１  歯冠像配置部、１１２  接触領域検出部、１１３  歯冠像修正部。
【図６】
2010017467.tif 000003
【図２５】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
2010017467.tif 000011
【図５Ｂ】
2010017467.tif 000012
【図５Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
2010017467.tif 000017
【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
2010017467.tif 000021
【図１０Ａ】
2010017467.tif 000022
【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２６】
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